抗微生物肽AntimicrobialpeptidesAMPs课件.ppt

1、王贵强王贵强北京大学第一医院北京大学第一医院抗微生物肽研究进展抗微生物肽研究进展Antimicrobial peptides北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ2Leading causes of death(WHO 1998)(1)Heart disease(2)Cerebrovascular disease(3)Acute lower respiratory disease(4)HIV/AIDS(5)Chronic obstructive pulmonary disease(6)Diarrheal disease(7)Perinatal Conditions(8)Tubercul

2、osis北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ3Leading causes of mortality-WHO 2000北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ4Leading causes of mortality-WHO 2000北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ5病原微生物与疾病病原微生物与疾病各种感染性疾病（包括传染病）各种感染性疾病（包括传染病）肿瘤肿瘤溃疡病溃疡病自身免疫性疾病自身免疫性疾病代谢性疾病？代谢性疾病？抗病原微生物治疗的重要性抗病原微生物治疗的重要性北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ6抗生素时代抗生素时代（19411941年年200

3、02000年）年）1941年：青霉素年：青霉素1944年：氨基糖甙类抗生素年：氨基糖甙类抗生素1947年：氯霉素年：氯霉素1950年：青霉素对金葡菌年：青霉素对金葡菌100有效有效1985年：青霉素对金葡菌仅年：青霉素对金葡菌仅5有效有效1992年：年：40金葡菌耐甲氧西林青霉素，金葡菌耐甲氧西林青霉素，仅对万古霉素敏感仅对万古霉素敏感1997年：对万古霉素耐药的金葡菌报告年：对万古霉素耐药的金葡菌报告北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ7抗生素耐药的发生抗生素耐药的发生自然选择机制自然选择机制非人类抗生素使用（非人类抗生素使用（50%）动物、农业、水产业和植物动物、农业、水产业和植

4、物抗生素滥用或使用不规范抗生素滥用或使用不规范过分应用，针对性差过分应用，针对性差剂量、疗程不足（医生和病人因素）剂量、疗程不足（医生和病人因素）药品质量不合格或假药药品质量不合格或假药北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ8目前细菌耐药所带来的问题目前细菌耐药所带来的问题细菌感染并发症增加，病死率增加细菌感染并发症增加，病死率增加病程延长病程延长慢性化趋势慢性化趋势传染病的传播传染病的传播院内感染发生，增加原发病死亡院内感染发生，增加原发病死亡医疗费用大幅度增加医疗费用大幅度增加北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ9后抗生素时代后抗生素时代post-antibiotics

5、eraThe era of the classical antibiotic may be over短的繁殖周期和细菌遗传可塑性使细菌的短的繁殖周期和细菌遗传可塑性使细菌的耐药能力快速发生耐药能力快速发生细菌耐药性变异使目前的抗生素治疗无效细菌耐药性变异使目前的抗生素治疗无效北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ10开发新的抗微生物药物的迫切性开发新的抗微生物药物的迫切性新药开发的速度有限新药开发的速度有限近近30年内，针对病原菌的抗生素的开发年内，针对病原菌的抗生素的开发没有突破性的进展没有突破性的进展北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ11人类、动物和植物等生命体人类、动

6、物和植物等生命体何以能够抵抗病原微生物的何以能够抵抗病原微生物的攻击？攻击？北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ12抗微生物肽抗微生物肽 Antimicrobial peptides(AMPs)古老而广泛存在的一种天然防御机制古老而广泛存在的一种天然防御机制在细菌、原生动物、植物、以及动物从昆虫到鱼在细菌、原生动物、植物、以及动物从昆虫到鱼类、两栖动物和哺乳动物等类、两栖动物和哺乳动物等1975年瑞典学者年瑞典学者Boman等首先在天蚕蛹体内诱导等首先在天蚕蛹体内诱导出具有抗菌活性的小分子多肽出具有抗菌活性的小分子多肽-天蚕素天蚕素(Cecropins)陆续发现如蛙皮素（陆续发现如蛙

7、皮素（Magainins)、蜂毒素、蜂毒素（Protegrins)和防御素和防御素(Defensins)等等近近20年，已经发现了约年，已经发现了约 800 种种AMPs北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ130200400600800199319982003 PubMed search:Antimicrobial Peptides截止到截止到2003年年10月月6日共日共3699篇篇Publications per year ratio抗微生物肽抗微生物肽北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ14AMPs特性特性1545个氨基酸，一般不超过个氨基酸，一般不超过60分子量为分

8、子量为kD表面为阳离子电荷表面为阳离子电荷疏水性或两性分子疏水性或两性分子对热稳定，对热稳定，100 C 1015分钟分钟作用于细菌细胞壁作用于细菌细胞壁有明确的基因编码和调控有明确的基因编码和调控北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ15AMPs分类分类-根据化学结构根据化学结构1.1.线性的螺旋结构，无半胱氨酸线性的螺旋结构，无半胱氨酸2.2.线性的螺旋结构，无半胱氨酸，但富含线性的螺旋结构，无半胱氨酸，但富含某种氨基酸残基如脯氨酸和精氨酸等某种氨基酸残基如脯氨酸和精氨酸等 3.3.有一个二硫键，其位置常在有一个二硫键，其位置常在C 末端末端 4.4.片层结构，分子内有片层结构，分

9、子内有23 个二硫键，个二硫键，具有具有折叠结构折叠结构 5.5.多肽衍生而来多肽衍生而来 PRO3-UTR5-UTRPREMature Peptide北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ16AMPs分类分类-根据来源根据来源哺乳动物：嗜中性粒细胞、粘膜和皮肤等哺乳动物：嗜中性粒细胞、粘膜和皮肤等防御素防御素（Defensin）：）：和和 两栖动物：蛙类两栖动物：蛙类（Magainins,Dermaseptins）昆虫：天蚕素（昆虫：天蚕素（Cecropin）植物：抗真菌植物：抗真菌细菌：细菌：病毒：病毒：HIV p21人工合成：人工合成：利用计算机辅助设计利用计算机辅助设计北北京京

10、大大学学第第一一医医院院WANG,GQ17 A1L2W3K4T5L6L7K8K9V10L11K12A13Family name:DERMASEPTINProperties:Linear peptides of 28-34 aa(natives)Structure:Amphipathic alpha-helixPyllomeduza bicolordermaseptin北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ18Leishmania major电镜下细菌破坏图电镜下细菌破坏图after 1 min exposure to dermaseptin北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ

11、19SMAP-2937C30min北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ20AMPs作用机制作用机制作用于微生物细胞膜作用于微生物细胞膜/壁壁北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ21抗生素作用机制抗生素作用机制作用于细菌细胞壁作用于细菌细胞壁作用于核糖体作用于核糖体作用于质膜完整性作用于质膜完整性作用于核酸作用于核酸作用于叶酸作用于叶酸北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ22抗生素作用机制模式图抗生素作用机制模式图RNA多聚酶多聚酶细胞壁合成细胞壁合成30S抑制剂抑制剂50S抑制剂抑制剂DNA螺旋酶螺旋酶叶酸代谢叶酸代谢影响细胞质膜结构影响细胞质膜结构蛋白质合成蛋白

12、质合成RNA延伸延伸北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ23 Nature(2001)412,389-495抗微生物肽对生物膜作用的特异性抗微生物肽对生物膜作用的特异性北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ24Biopolymers 47,451-463(1998)Biopolymers 47,451-463(1998)AMP杀菌机理图杀菌机理图北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ25抗微生物肽机制模式图抗微生物肽机制模式图 北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ26临床应用临床应用已经有许多临床应用的资料已经有许多临床应用的资料以局部应用为主以局部应用为主

13、抗肿瘤抗肿瘤抗病毒抗病毒北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ27 01234567110100Exposure time(min)AL-LK4(20M)10 aa,-helixPre-clinicalMSI78(50M)22 aa,-helixPhase III,Topical for DFU PG1(50M)18 aa,-sheet,2 S-S bonds Pahse III,Topical for OM0255075100110100Concentration(M)X-DD(20 M)10 aa,-helixPre-clinicalComparing bactericidal k

14、inetics(S.aureus)and Lysis of human erythrocytes北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ28Peptides were pre-incubated in human plasma(50%,37C)then added to bacterial cultures(S.aureus,37C,overnight).t1/2(DD)0.5 Hr;t1/2(X-DD)3 Hrs 02550751000.1110100P(MICs)t=6 ht=3 ht=0 h02550751000.1110100Y-P(MICs)t=18 ht=6 ht=3 ht=

15、0 hDD(MICs)X-DD(MICs)Increased Stability of Dermaseptin Derivatives(DD)in Plasma.北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ29In-vivo bactericidal activity of K4S4(1-16)against PA1.00E+011.00E+021.00E+031.00E+041.00E+051.00E+061.00E+07024Time from infection(h)CFU/mousecontrol0.05 mg/Kg0.45 mg/Kg4.5 mg/Kg9 mg/Kg23 mg/Kg

16、SurvivalControl4/16Treated(5 mg/Kg)13/16北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ3002550750481216d-DD13DD13CiprofloxacinNumber of exposures to the drug(sub-cultures)0510150481216Piperacillin0510150481216Gentamicin0510150481216CeftazidimeMultiple exposure of P.aeruginosa to classical antibiotics results in emergence o

17、f resistant strains 北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ31抗菌应用抗菌应用-局部治疗局部治疗细菌素细菌素-III期临床期临床胃溃疡胃溃疡食物防腐剂广泛应用食物防腐剂广泛应用马盖宁马盖宁MSI78-III期临床期临床治疗糖尿病合并的足部溃疡：治疗糖尿病合并的足部溃疡：926例例IB2367-III期临床期临床肿瘤病人口腔溃疡肿瘤病人口腔溃疡北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ32抗菌应用抗菌应用-系统治疗系统治疗人工合成肽人工合成肽CA P218绿脓杆菌引起的腹部感染绿脓杆菌引起的腹部感染Protegrin耐药性金葡菌、肠球菌和绿脓杆菌等耐药性金葡菌、肠

18、球菌和绿脓杆菌等Indolicidin曲霉菌曲霉菌BPI-III期临床期临床杀菌、抗内毒素，降低儿童流脑的病死率杀菌、抗内毒素，降低儿童流脑的病死率北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ33对抗细菌感染导致的毒素效应对抗细菌感染导致的毒素效应半乳糖胺敏感的小鼠发生内毒素休克半乳糖胺敏感的小鼠发生内毒素休克BPI对抗内毒素对抗内毒素北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ34抗甲氧西林耐药金葡作用抗甲氧西林耐药金葡作用北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ35抗真菌作用抗真菌作用多粘菌素多粘菌素B万古霉素万古霉素抗菌肽抗菌肽北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ36

19、AMPs的应用前景的应用前景治疗各种病原微生物感染治疗各种病原微生物感染抗内毒素抗内毒素食物等防腐剂食物等防腐剂医疗耗材的内衬（如各种导管）医疗耗材的内衬（如各种导管）影像学介入治疗器械影像学介入治疗器械抗肿瘤抗肿瘤免疫调节作用免疫调节作用农业应用农业应用北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ37在动植物转基因工程中的应用在动植物转基因工程中的应用Jaynes等将等将Shiva-1基因转入烟草和马铃薯基因转入烟草和马铃薯应用腺病毒载体，将人应用腺病毒载体，将人LL-37基因导入鼠基因导入鼠体内，鼠对内毒素和大肠杆菌抵抗力显著体内，鼠对内毒素和大肠杆菌抵抗力显著提高。提高。Durvasu

20、la将天蚕素将天蚕素A导入长红猎蝽后，导入长红猎蝽后，发现此昆虫体内锥虫数量明显减少或消失。发现此昆虫体内锥虫数量明显减少或消失。北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ38Bactericidal kinetics of E.coli 0157 in apple juice024681101001000Exposure time(min)Control1 M 2 M 4 M Temperature:Salt:pH:食品应用食品应用北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ39+/-DDor antibioticGraft removed after 7 days+/-antibio

21、ticBacteria(2x107)CFU countsDacronDacronRat graft model:北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ40 ControlDD(SC graft)Rifampin(IP)DD+Rifampin S.aureusCFU/mL(1x 106)ControlDD(SC graft)Rifampin(IP)DD+Rifampin S.epidermis*Dacron tubes soaked in a solution(10 mg/L),implanted(s.c.)and inoculated(107 CFU)to 15 rats/group.

22、=Rifampin was injected i.p.to some grafted rats.Star indicates zero CFUsInduction of graft-associated infection北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ41抗肿瘤、抗病毒应用抗肿瘤、抗病毒应用马盖宁公司：对病毒（马盖宁公司：对病毒（HSV-1)和肿瘤都和肿瘤都具杀伤效应的小肽具杀伤效应的小肽-MAI-78。已进入。已进入III期期临床临床Wachinger发现天蚕素和蜂毒素在亚致死发现天蚕素和蜂毒素在亚致死浓度下可以抑制浓度下可以抑制 HIV-1基因的表达基因的表达北北京京大大学

23、学第第一一医医院院WANG,GQ42需要进一步研究的问题需要进一步研究的问题特异性特异性生物利用度生物利用度给药途径给药途径半衰期半衰期组织浓度组织浓度代谢途径代谢途径耐药性耐药性北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ43需要进一步研究的的问题需要进一步研究的的问题制备技术：生产成本制备技术：生产成本表达系统载体：基因工程表达系统载体：基因工程稳定性稳定性免疫原性免疫原性北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ44结论结论特异性特异性对抗生素耐药的细菌有效对抗生素耐药的细菌有效抗微生物谱广泛抗微生物谱广泛应用领域广泛应用领域广泛不易产生耐药性不易产生耐药性能抑制细菌产物对机体的伤害能抑制细菌产物对机体的伤害北北京京大大学学第第一一医医院院WANG,GQ45谢谢谢谢